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TYPE12 专题12　物理解答题
　　命题重点:物理解答题在中考试卷中有两种类型:力学综合计算和电学综合计算。在力学计算中,往往涉及速度、压强、机械功和功率、杠杆的力和力臂的大小等的计算。电学计算中往往涉及电压、电阻、电流、电功、电功率、电热等的计算。
　　方法要点:物理计算题的一般解题步骤:①认真审题,明确现象和过程,确定给出的条件或题目中隐含的条件。②确定方向,也就是针对题目内容综合分析,确定解决问题的方向,选择出适合的规律和公式。③列出表达式,这一步就是根据公式或规律列出相应的表达式。④代入数据求解,这一步是把所用到的已知物理量的单位统一后,把已知量的数据代入计算式中,通过正确运算,得出答案。
类型一　力学综合计算题
1 [2016·丽水] 某品牌太阳能汽车如图T12-1甲,通过安装在车顶和前端的电池板收集太阳能。玻璃采用防太阳辐射的层压玻璃制作而成,车身轻便灵活。
图T12-1
(1)若该车身的材料要求强度高且轻便,则下表中最理想的材料是　　　　。?
材料
锰钢
铝合金
钛合金
碳纤维
性能(强度)
强
较弱
较强
强
密度/(kg·m-3)
7.9×103
3.0×103
4.5×103
1.6×103
(2)若该车质量是400 kg,车上载有人和物品质量共为100 kg,车轮与地面的总接触面积为2.0×10-2 m2,则该汽车对水平地面的压强为　　　　　　　。(g取10 N/kg)?
(3)若该汽车以最大输出功率P为800 W在水平路面上做匀速直线运动,一段时间后再将功率减小到P1,并保持此功率做匀速直线运动。上述运动过程的速度—时间图像如图乙所示,设运动过程中汽车所受阻力不变,则汽车受到的阻力是　　　　,P1为　　　　。?
【解法指导】 通过审题知道本题主要涉及压强计算以及机械功率的计算,接下来就要根据压强的计算公式和功率的计算公式,寻找题目中的已知条件,理清各量之间的关系,最终代入公式求解。另外注意在计算压强时,受力面积是两个物体之间的接触面积,不要漏算或多算。
1.[2017·金华] 2017年5月5日,大飞机C919首飞任务的完成,标志着我国航空工业向前迈进一大步。C919主要性能参数如下表所示:
中国商飞C919
最大起飞重量
77.3 t
巡航速度
0.78~0.8马赫
(相当于954 km/h到980 km/h)
巡航高度
12100 m
最长航程
5555公里
最多座椅数
190个
(1)上海到广州的空中距离大概是1470 km。若全程以最大巡航速度匀速飞行,则C919从上海到广州大约需要多长时间?
(2)当C919发动机总推力达到2×105 N,飞机速度达到954 km/h时, C919发动机的总输出功率是多少?
(3)当C919以最大起飞重量停在机场时,轮胎与地面的总接触面积大约为0.1 m2,则C919对地面的压强约为多少?(g取10 N/kg)
2.[2017·嘉兴] 图T12-2为某款擦窗机器人,它凭借其底部的真空泵在机身和玻璃之间形成低气压,牢牢地吸附在竖直玻璃上。请回答:
图T12-2
(1)当它静止在竖直玻璃上时,受到的摩擦力方向是　　　　。?
(2)擦窗机器人的擦拭速度是4分钟/米2,要擦完总面积为3米2的窗玻璃需要　　　　分钟。?
(3)工作时擦窗机器人对玻璃的压力为28牛,内外气压差达到800帕,则擦窗机器人与玻璃的接触面积至少为多少平方米?
(4)擦窗机器人的总质量为1.2千克,工作时的实际功率为80瓦,它在竖直向上擦窗过程中有0.25%的电能用于克服重力做功。若窗户足够高,持续竖直向上擦窗20分钟,擦窗机器人可上升的最大高度为多少米?(g取10牛/千克)
3.[2016·舟山] 我市某些餐厅用智能机器人送餐,送餐机器人的部分参数如下表所示。
　　图T12-3
功能
迎宾、送餐等
质量
50 kg
移动速度
0.2~0.6 m/s
电池容量
12 A·h
功率
最大功率100 W
工作电压
24 V
最大送餐质量
15 kg
(1)机器人身上有感应红外线信息的接收器,以便接收信息,则该接收器相当于反射弧中的　　　　　　。?
(2)机器人底盘的轮子与水平地面接触的总面积为0.01米2,求机器人水平运送3千克物体(含餐盘)时,对地面产生的压强。
(3)如果该机器人以最大功率在水平地面上以0.4米/秒的速度匀速前进10秒,求机器人行进过程中受到地面对它的阻力。
4.[2018·金华] 无人机以高分辨率高速摄像机、轻型光学相机、激光扫描仪等设备获取信息,广泛应用在航拍、交通等领域。图T12-4为某型号无人机,整机质量2千克,停放时与水平地面总接触面积0.002米2,摄像机拍摄速度11000帧/秒。在轿车限速120千米/时的某高速公路上,交警利用该无人机进行道路通行情况实时监测。(g取10牛/千克)
图T12-4
(1)无人机停放在水平地面时,对地面产生的压强　　　　　　帕。?
(2)无人机竖直向上爬升60米的过程中克服重力做了多少功?
(3)无人机在某轿车通行0.6米的过程中拍摄220帧,通过计算判断该轿车是否超速。
类型二　电学综合计算题
2 [2016·温州] 如图T12-5甲是小明制作的防盗报警装置示意图,其中工作电路电源电压U1=6 V,指示灯L的额定电压UL=2.5 V,定值电阻R0=350 Ω;控制电路电源电压U2=1.5 V,磁敏电阻Rx的阻值随其所处位置磁场强度的变化关系如图乙所示,当窗户分别处在轨道A、B、C处时,磁敏电阻Rx所处位置的磁场强度分别为a、b、c。闭合开关S1和S2后,当窗户关闭时,指示灯亮,蜂鸣器不工作;当窗户打开一定程度时,指示灯熄灭,蜂鸣器发出警报声。
图T12-5
(1)将窗户移至A点时,窗户关闭。闭合开关S1,指示灯L正常发光,求此时指示灯L消耗的电功率。(写出计算过程)
(2)已知电磁铁线圈中的电流达到3 mA时,电磁铁的衔铁刚好被吸下,指示灯L熄灭,蜂鸣器开始报警。现移动滑动变阻器RP的滑片,使其接入电路的阻值为其最大阻值的23,当窗户移至轨道B点位置时,蜂鸣器恰好开始报警。若要求窗户移至轨道C点位置时蜂鸣器才开始报警,此时能否通过调节滑动变阻器的阻值来实现?请通过计算加以说明。(写出计算过程,电磁铁线圈电阻忽略不计)
【解法指导】 首先弄清楚图中窗户防盗报警器的工作原理:当窗户关闭时,位于轨道A处,由乙图可以看出此时的磁敏电阻Rx阻值较大,导致控制电路中电流较小,电磁铁磁性较弱,衔铁与上静触头接触,指示灯亮,蜂鸣器不工作。随着窗户拉开,磁敏电阻阻值减小,控制电路电流增大,电磁铁磁性增强,最终将衔铁吸下,指示灯灭,蜂鸣器响。接着搞清楚题目所给的各量的关系,运用串联电路中电流、电压、电阻的关系,结合欧姆定律及电功率的计算式进行求解。注意在做电学计算时,一定要注意各量的对应关系,不能乱套公式。
1.[2017·杭州] 图T12-6乙为热敏电阻R和继电器组成的恒温箱的简单温控电路。继电器线圈的电阻为150 Ω。当线圈中电流大于或等于28 mA时,继电器的衔铁被吸合。为继电器线圈供电的电池的电压为6 V,图中的“电源”是恒温箱加热器的电源。
图T12-6
(1)从图甲中可得50 ℃时热敏电阻的阻值为　　Ω。?
(2)恒温箱的加热器应接在　　　　(选填“A、B”或“C、D”)端。?
(3)若恒温箱内的温度达到100 ℃时,通过计算分析恒温箱加热器是否处于工作状态?
(4)若在原控制电路中,串联接入一个可变电阻,当该电阻增大时,所控制的恒温箱内的最高温度将　　　　(选填“变大”“不变”或“变小”)。?
2.[2017·温州] 某同学为学校草坪设计了一个自动注水喷淋系统,其电路设计如图T12-7甲。控制电路电源电压U1=12 V,R0为定值电阻,RF为压敏电阻,电磁铁线圈电阻忽略不计;压敏电阻RF放置于水箱底部(如图乙),其阻值与压力有关,阻值随水位变化关系如下表。工作电路包括注水系统和喷淋系统,其电源电压U2=220 V;圆柱体水箱底面积S=0.4 m2。当水箱内的水位上升到2 m时,通过电磁铁线圈的电流Ia=0.1 A,衔铁恰好被吸下,注水系统停止工作,此时电流表示数I1=1 A;当水位下降到1 m时,衔铁恰好被拉起,注水系统开始给水箱注水,此时电流表示数I2=2 A。
图T12-7
水位/m
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
2.25
压敏电阻RF阻值/Ω　　
300
200
125
90
70
65
62
60
59
(1)当水箱内水位达到2 m时,控制电路中压敏电阻RF的功率为　　　　W。?
(2)当水箱内水位下降到1 m时,通过电磁铁线圈的电流Ib为多少?
(3)已知喷淋系统一直给草坪喷水,每秒钟喷水恒为0.001 m3;注水系统工作时,每秒钟给水箱注水恒为0.005 m3。求相邻两次开始给水箱注水的这段时间内,工作电路消耗的电能。
3.[2018·绍兴] 人们对自我保健越来越关注。图T12-8甲为某品牌足浴盆及相关参数。其内部电路可分为工作电路和控制电路两部分(如图乙所示)。闭合总开关S,当足浴盆有水注入到一定量时压控开关S1、S2就会自动闭合,此时R1、R2会同时工作,加热至40 ℃时,控制电路中的电磁铁会将衔铁吸合,自动进入保温模式。
甲
乙
丙
图T12-8
(1)图乙的工作电路中,处于保温状态时,工作的电阻是　　　　。压控开关S1的作用是防止　?　,达到保护电路的目的。?
(2)控制电路中电磁铁线圈的电阻为100欧,为电磁铁供电的电池电压为6伏。Rx为热敏电阻,阻值随温度变化关系可由图丙中的某条曲线表示。当线圈中的电流大于或等于20毫安时,控制电路中继电器的衔铁被吸合,则Rx阻值随温度变化的曲线为图丙中的　　　　。?
(3)求R2的阻值。
(4)在一次使用过程中,加热时间为5分钟,保温时间为20分钟,则整个过程中消耗了多少电能?
4.[2018·宁波] 为响应宁波市政府提出的“创建海绵型城市”的号召,小科设计了如图T12-9所示的市政自动排水装置模型,控制电路由电压为12 V、最大容量为100 A·h的蓄电池供电,蓄电池用“发电玻璃”制成的太阳能电板充电。R0为定值电阻,R为压敏电阻,压敏电阻通过杠杆ABO与圆柱形浮体相连,AB??BO=4??1,压敏电阻的阻值随压力变化的关系如下表。(压板、杠杆和硬质连杆的质量及电磁铁线圈电阻忽略不计,所用绿灯、红灯及排水泵的额定电压均为220 V)
图T12-9
压敏电阻受到的压力F/N
60
120
180
240
300
360
420
480
…
压敏电阻R的阻值/Ω
500
360
260
180
120
80
65
55
…
(1)当水位在安全位置以下时绿灯亮,排水泵不工作;当水位达到安全位置上限时红灯亮,同时排水泵正常工作。请按要求完成图中工作电路的连接。
(2)“发电玻璃”光电转化率接近18%。要求在5 h内对控制电路的蓄电池充满电,则选用的“发电玻璃”面积至少为　　　m2。(太阳能辐射到每平方米地面上的平均功率按1000 W计算,计算结果精确到0.1 m2)?
(3)按照设计要求,当水位上升到浮体刚好全部浸入水中时,压敏电阻受到压力为360 N,通过电磁铁线圈的电流为100 mA,排水泵启动;当水位回落到浮体只有25体积浸入水中时,硬质杠杆ABO仍处于水平位置,线圈中电流为30 mA,排水泵停止工作。则小科应选择重力为多大的浮体?
(4)在实际调试过程中,小科发现水位已达到安全位置上限,但排水装置还未启动。如果在其他条件保持不变的前提下,要使排水装置符合设计要求,应该将与压敏电阻相连的压板向　　　(选填“左”或“右”)移动。?
5.某自动豆浆机工作时,电热管加热与电动机打浆过程交替进行,工作过程均不计热量损失,其部分参数如下表。[c豆浆取4×103 J/(kg·℃)]
额定电压
220 V
电机功率
100 W
加热功率
1100 W
净重
20 N
(1)空豆浆机放在水平桌面上,与桌面接触面积为4 cm2,求对水平桌面的压强。
(2)计算加热管正常工作80 s,可使1 kg豆浆温度升高多少摄氏度?
(3)若豆浆机正常打好一次豆浆消耗的总电能为0.17 kW·h,加热与打浆的时间之比为3??1,则打好一次豆浆需要多少时间?
参考答案
例1　(1)碳纤维
(2)2.5×105 Pa　(3)80 N　640 W
针对训练
1.(1)1.5 h　(2)5.3×107 W　
(3)7.73×106 Pa
2.解:(1)竖直向上
(2)12
(3)S=Fp=28牛800帕=0.035米2。
(4)W=Pt=80瓦×20×60秒=96000焦,
W重=W×0.25%=96000焦×0.25%=240焦,
G=mg=1.2千克×10牛/千克=12牛,
h=W重G=240焦12牛=20米。
3.解:(1)感受器
(2)F=G=mg=(50+3) 千克×10牛/千克=530牛,
p=FS=530牛0.01米?2=5.3×104 帕。
(3)解法一:W=Pt=100瓦×10秒=1000焦,
s=vt=0.4米/秒×10秒=4米,
f=F'=Ws=1000焦4米=250牛。
解法二:f=F'=Pv=100瓦0.4米/秒=250牛。
4.解:(1)10000
(2)G=mg=2千克×10牛/千克=20牛,
W=Gh=20牛×60米=1200焦。
(3)t=220帧11000帧/秒=0.02秒,
v=st=0.6米0.02秒=30米/秒=108千米/时<120千米/时,所以不超速。
例2　解:(1)当指示灯L正常发光时,指示灯两端电压UL=2.5 V。　
所以,R0两端的电压U0=Ul-UL=6 V-2.5 V=3.5 V,
I0=U0R0=3.5 V350 Ω=0.01 A,IL=I0=0.01 A,
PL=ULIL=2.5 V×0.01 A=0.025 W。
(2)当窗户移至B点时,据图可知,Rx=400 Ω,此时,I=0.003 A,　
23RP=U2I-Rx=1.5 V0.003 A-400 Ω=100 Ω,
所以,滑动变阻器的最大阻值RP=150 Ω。
当窗户移至C点时,据图可知,Rx'=300 Ω,若蜂鸣器刚好报警,控制电路中电流为0.003 A,此时滑动变阻器接入电路的有效阻值为RP'=U2I-Rx'=1.5 V0.003 A-300 Ω=200 Ω>150 Ω,
所以,当滑动变阻器阻值调节到最大值时,窗户还未移至C点,控制电路中的电流已大于0.003 A,蜂鸣器已报警,因此无法通过调节滑动变阻器阻值来实现。
针对训练
1.解:(1)90　(2)A、B
(3)100 ℃时,R=50 Ω,
控制电路电流I=UR磁+R=6 V150 Ω+50 Ω=0.03 A=30 mA>28 mA,　
继电器衔铁被吸合,恒温箱加热器处于不加热状态。
(4)变大
2.解:(1)0.6
(2)当水箱中水位为2 m时,控制电路电流Ia=0.1 A,RF1=60 Ω,此时R总1=U1Ia=12 V0.1 A=120 Ω,则R0=R总1-RF1=120 Ω-60 Ω=60 Ω,
当水箱中水位为1 m时,RF2=90 Ω,R总2=RF2+R0=90 Ω+60 Ω=150 Ω,
则Ib=U1R总2=12 V150 Ω=0.08 A。
(3)注水系统从水位1 m开始注水到2 m,注水总体积V总=0.4 m2×(2 m-1 m)=0.4 m3,需要时间为t1,根据题意:t1=0.4m30.005m3/s-0.001m3/s=100 s,
水位从2 m下降至1 m,需要的时间t2=0.4m30.001m3/s=400 s,
注水系统与喷淋系统同时工作时,工作电路电流做功W=U2I2t1=220 V×2 A×100 s=4.4×104 J,
喷淋系统单独工作时,工作电路做功W'=U2I1t2=220 V×1 A×400 s=8.8×104 J,
则W总=W+W'=4.4×104 J+8.8×104 J=1.32×105 J。
3.解:(1)R1　足浴盆中没水时而让电路处于工作状态
(2)D
(3)P2=P加热-P保温=2100 W-100 W=2000 W,
R2=U2P2=(220 V)22000 W=24.2 Ω。
(4)W加热=P加热×t加热=2100 W×5×60 s=6.3×105 J,
W保温=P保温×t保温=100 W×20×60 s=1.2×105 J,
W总=W加热+P保温=6.3×105 J+1.2×105 J=7.5×105 J。
4.解:(1)如图所示
(2)1.3
(3)当浮体刚好浸没时,压敏电阻受到压力为360 N,由表中数据知,此时压敏电阻的阻值R=80 Ω,控制电路中R与R0串联,控制电路中的电流I=100 mA=0.1 A,由串联电路特点和欧姆定律可得,定值电阻R0的阻值R0=R总-R=UI-R=12 V0.1 A-80 Ω=40 Ω,
根据杠杆的平衡条件有:FA×LOA=FB×LOB,
则FA=FB×LOBLOA=360 N×15=72 N,
则浮体受到向上的拉力FA'=FA=72 N,
F浮=G+FA'=G+72 N①;
当浮体只有25体积浸入水中时,F浮'=25F浮,
R'=R总'-R0=12 V0.03 A-40 Ω=360 Ω,
由表中数据知,压敏电阻受到压力FB'=120 N,
由杠杆平衡条件有:FA″×LOA=FB'×LOB,
所以:FA″=FB'×LOBLOA=120 N×15=24 N,
此时浮体受到向上的拉力FA?=FA″=24 N,
F浮'=G+FA?,
即25F浮=G+24 N②;
解①②可得:F浮=80 N,G=8 N。
所以,应选择重力为8 N的浮体。
(4)右
5.解:(1)p=FS=GS=20 N4×10-4 m2=5×104 Pa。
(2)W=P加热t=1100 W×80 s=8.8×104 J,
Q吸=W=c豆浆mΔt,
Δt=Q吸c豆浆m=8.8×104J4×103J/(kg·℃)×1 kg=22 ℃。
(3)设打浆时间为t',则加热时间为3t',
W总=W打浆+W加热=P电t'+3×P加热t'=0.17 kW·h,
即100 W×t'+1100 W×3t'=0.17×3.6×106 J,
解得t'=180 s=3 min,则打好一次豆浆的时间为4t'=12 min。

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